Local transmission and global dissemination of New Delhi Metallo-Beta-Lactamase (NDM): a whole genome analysis

doi:10.1186/s12864-016-2740-0

.2016年6月13:17:452。

doi:10.1186/s12864-016-2740-0。

新德里金属-β-内酰胺酶（NDM）的本地传播和全球传播：全基因组分析

附属公司

¹新加坡Tan Tock Seng医院传染病中心传染病与流行病学研究所。
²新加坡国立大学新加坡国立大学NUS综合科学与工程研究生院。
^三新加坡国立大学林永禄医学院，新加坡，新加坡。
⁴新加坡国立大学索瑞霍克公共卫生学院，新加坡，新加坡。
⁵新加坡国立大学生命科学研究所，新加坡，新加坡。
⁶新加坡国立大学统计与应用概率系，新加坡，新加坡。
⁷新加坡基因组研究所，新加坡科学、技术和研究局，新加坡。
⁸新加坡新加坡理工学院生物医学和生命科学中心。
⁹新加坡国立大学儿童医学院儿科系，新加坡，新加坡。
¹⁰新加坡Tan Tock Seng医院实验医学部。
¹¹新加坡Tan Tock Seng医院传染病和流行病学研究所，传染病中心。oon_tek_NG@ttsh.com.sg。
¹²新加坡国立大学索瑞霍克公共卫生学院，新加坡，新加坡。oon_tek_NG@ttsh.com.sg。
¹³新加坡Jalan Tan Tock Seng 11号Tan Tock-Seng医院传染病中心，邮编308433。oon_tek_NG@ttsh.com.sg。

PMID： 27297071
预防性维修识别码：项目经理4906610
内政部： 10.1186/s12864-016-2740-0

新德里金属-β-内酰胺酶（NDM）的本地传播和全球传播：全基因组分析

魏新孔等。 BMC基因组学. 2016.

.2016年6月13:17:452。

doi:10.1186/s12864-016-2740-0。

附属公司

¹新加坡Tan Tock Seng医院传染病中心传染病与流行病学研究所。
²新加坡国立大学新加坡国立大学NUS综合科学与工程研究生院。
^三新加坡国立大学林永禄医学院，新加坡，新加坡。
⁴新加坡国立大学索瑞霍克公共卫生学院，新加坡，新加坡。
⁵新加坡国立大学生命科学研究所，新加坡，新加坡。
⁶新加坡国立大学统计与应用概率系，新加坡，新加坡。
⁷新加坡基因组研究所，新加坡科学、技术和研究局，新加坡。
⁸新加坡新加坡理工学院生物医学和生命科学中心。
⁹新加坡国立大学儿童医学院儿科，新加坡，新加坡。
¹⁰新加坡Tan Tock Seng医院实验医学部。
¹¹新加坡Tan Tock Seng医院传染病中心传染病与流行病学研究所。oon_tek_NG@ttsh.com.sg。
¹²新加坡国立大学索瑞霍克公共卫生学院，新加坡，新加坡。oon_tek_NG@ttsh.com.sg。
¹³新加坡Jalan Tan Tock Seng 11号Tan Tock-Seng医院传染病中心，邮编308433。oon_tk_NG@ttsh.com.sg。

PMID： 27297071
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内政部： 10.1186/s12864-016-2740-0

摘要

背景：新德里金属-β-内酰胺酶（bla NDM）是一种质粒携带的碳青霉烯酶基因，与显著的死亡率和极为有限的治疗选择有关，因其存在于极为多样的革兰氏阴性菌菌株中，因此受到全球公共卫生关注。因此，本研究旨在对bla NDM的本地和全球传播进行遗传学特征分析。

方法：为了研究单一医院的局部传播模式，对当地医院分离的首批11株bla NDM阳性细菌的全基因组测序数据进行分析，以：（1）鉴定和比较bla NDM-阳性质粒；研究细菌染色体的系统发育关系。通过分析NCBI数据库中2749个完整的质粒序列（包括39个bla NDM阳性质粒）进行全局分析，其中：（1）根据质粒的基因组成相似性对质粒进行聚类；（2）对每个bla NDM阳性质粒簇进行系统发育研究，以推断每个簇内的系统发育关系；（3）鉴定了将bla-NDM引入不同质粒主干的基因转座事件；聚类模式与质粒的不亲和组和地理分布相关。

结果：对来自一家医院的前11个bla NDM阳性分离株的分析显示，bla NDM阳性质粒的多样性非常低。局部传播的特征是一个主要质粒的克隆传播，有2个质粒引入的零星实例。与当地的低多样性相比，全球bla NDM传播涉及显著的质粒多样性，没有优势细菌克隆。2749个完整质粒序列中，39个（1.4%）为bla NDM阳性，可分为7个簇，与质粒不亲和组和地理分布有关。bla NDM基因模块在不同质粒主干之间至少有6次独立活动。

结论：我们的分析揭示了bla-NDM传播的复杂遗传途径，其全球传播的特征主要是bla-NDM基因盒转座到不同的质粒中。质粒导入后的早期局部传播以质粒接合和细菌传播为特征。我们的发现强调了质粒分子流行病学在理解bla NDM传播中的重要性。

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数字

图1
局部细菌样本的患者传播动力学。这个布拉 _{国家数据管理}如时间表所示，2010年至2011年，在当地一家医院发现了病例。每个患者都由一条水平轨迹表示。受试者ID、样本ID和布拉 _{国家数据管理}-在分离物中发现的阳性质粒显示在前3列中。患者在同一病房的住院时间用灰色方框表示。仅报告≥2的病房布拉 _{国家数据管理}案例如图所示。*：基于最小75%序列覆盖率的最近参考质粒鉴定

图2
本地全基因组系统发育树布拉 _{国家数据管理}-阳性细菌。基于序列比对构建最大似然树*大肠杆菌*(一)和*肺炎克雷伯菌*(b条)。JJ1886和HS11286是*大肠杆菌*和*肺炎克雷伯菌*分别是。分支长度由RAxML计算，并反映每个位点的预期突变数。引导值的范围为0–100，显示在中的每个节点上灰色

图3
革兰阴性菌宿主中全局质粒的聚集。构建了由2749个革兰氏阴性质粒序列组成的邻居连接树，以反映质粒的基因组成相似性。七布拉 _{国家数据管理}-阳性质粒系统发育簇采用严格标准进行鉴定（所有节点≥99%bootstrap支持，至少2个唯一布拉 _{国家数据管理}-阳性质粒）。具有的群集布拉 _{国家数据管理}-阳性质粒用不同颜色的圆点表示蓝色（C1），紫色（C2），绿色（C3），洋红（C4），橙色（C5），灰色（C6）和红色（C7）

图4
的群集布拉 _{国家数据管理}-阳性质粒。一7的邻居连接树布拉 _{国家数据管理}集群。每个簇的分支按照与图3相同的配色方案进行着色。这棵树是用黑色的外群生根的。分支长度是根据相似性得分计算的欧氏距离，反映了质粒基因组成的相似性和共享基因的相似性。b条显示每个质粒的特性（质粒）、细菌宿主（host）、标本类型（标本）、采集日期（DOC）、地理采样位置（LOC）、旅行历史（history）和不相容组（INC）的表格。缩写：AB，*鲍曼不动杆菌*; 人工智能，*A.iwofii公司*; 亚太地区，*A.皮提伊*; AS、，*A.索利*; 囊性纤维变性，*弗氏柠檬酸杆菌*，英语，*阴沟肠杆菌*; 欧盟委员会，*大肠杆菌*; KP、，*肺炎克雷伯菌*; RP、，*植物鲁尔泰拉*.c（c）矩阵显示了在相应质粒基因组中确定的抗性遗传决定因素。A类*黑色阴影*方框表示具有耐药性的阳性基因型性状，其抗生素类别由列顶部的文本指示。确定了以下抗生素的耐药性决定因素：β-内酰胺、β-内啡肽；氨基糖苷，AMINO；四环素（TET）；磺胺；SUL；苯尼考；菲律宾。缩写：A，APH；C、 AAC；D、 AAD；K、 KPC；M、 CMY；O、 OXA；S、 SHV；R、 RMT；十、 CTX公司。存在布拉 _NDM-1型是*红色阴影*和布拉 _{国家数据管理-5} *绿色阴影*

图5
收购布拉 _{国家数据管理}磁带。A1、B1、C1和D1：布拉 _{国家数据管理}-阳性质粒基因组及其假定的主干质粒，如质粒聚类所示。相应的主干质粒位于每列顶部。*蓝色条纹*面板之间显示核苷酸BLAST匹配，序列相似性超过99%。A2、B2、C2和D2：布拉 _{国家数据管理}-阳性质粒(*浅蓝色阴影*)对应A1、B1、C1和D1。这些区域中带注释的基因是彩色编码的。箭头表示预测的开放阅读框架（ORF），具有已知功能的基因(*褐红色的*)、抗微生物基因(洋红)，转座遗传元件(灰色)和假设的蛋白质(白色)。基因来自布拉 _{国家数据管理}盒式磁带用箭头表示，箭头颜色如下：红色，布拉 _NDM公司;绿色,布尔 _MBL公司;橙色,*信托基金*;*黄色的*,塔特;*浅蓝色*,*离散余弦变换*; 和*深蓝色*，的*groES-groEL公司*集群。质粒pECNDM代表NDM阴性的实验室衍生质粒，其中NDM盒以自由形式从pECNDM1-4动员而来

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